西安市物业办投诉电话:什么是场？什么是弦？光，从何来？火是什么？

在永磁体或电流周围所发生的力场，即凡是磁力所能达到的空间，或磁力作用的范围，叫做磁场；所以严格说来，磁场是没有一定界限的，只有强弱之分。与任何力场一样，磁场是能量的一种形式，它将一个物体的作用传递给另一物体。磁场的存在表现在它的各个不同的作用中，最容易观察的是对场内所放置磁针的作用，力作用于磁针，使该针向一定方向旋转。自由旋转磁针在某一地方所处的方位表示磁场在该处的方向，即每一点的磁场方向都是朝着磁针的北极端所指的方向。如果我们想像有许许多多的小磁针，则这些小磁针将沿磁力线而排列，所谓的磁力线是在每一点上的方向都与此点的磁场方向相同。磁力线始于北极而终于南极，磁力线在磁极附近较密，故磁极附近的磁场最强。磁场的第二个作用便是对运动中的电荷所产生的力，此力恒与磁场及电荷运动方向垂直。

　　如果说到我们的宇宙中或许存在着某种类似琴弦的结构，许多人可能会大惑不解，弦怎么能构成宇宙呢？

　　一、“宇宙弦”理论的起因
　　1. 大爆炸宇宙学不能解决“不均匀”问题
　　在极遥远的古代，人类就在试图弄清“天地玄黄、宇宙洪荒”的奥秘。在当代，能相对成功地解释宇宙演变过程的是大爆炸宇宙模型。

　　大爆炸理论是20世纪40年代由美国物理学家乔治·伽莫夫（1904～1968年）等人提出来的（详见第一册宇宙篇）。它认为宇宙间所有的物质和能量原先曾经集中在一个时空点内，在100～200亿年前的某一时刻，原始火球由于某种原因而爆炸，我们的宇宙就诞生了，并且一直膨胀到目前的状态。

　　但是，大爆炸宇宙模型并没有解决全部问题，例如它解释不了宇宙结构的局部不均匀性。这大爆炸模型要求整个宇宙的物质应当均匀分布，然而目前宇宙中的物质却不是这样，而是呈“团块”状结构，甚至包括星系、星系团、超星系团。这样就不得不另辟蹊径来解决这一矛盾。这正是天文物理学家想出宇宙弦理论的原因。

　　2. 宇宙观测的新发现
　　大爆炸宇宙学理论认为，尽管宇宙中的大多数恒星都组成称为“星系”的团块，星系又组成更巨大的星系团；可是从宇观的角度看来，整个太空还是各向同性的。然而，随着天文观测技术的迅速发展，新的发现使人们不得不重新考虑这个问题。

　　80年代，美国加利福尼亚卡内基学院观察站的红外线光学望远镜，发现星系以非常复杂的方式排列，“这些星系看上去像雕刻上去的，而不是爆炸溅射出来的”。更不寻常的发现是宇宙中的巨大空洞和巨大的星系链。1986年发现银河及其近邻正在向室女座运行，这表明存在一种强大的引力源，其质量相当于太阳质量的5´1019倍。1989年的观测证实了这个“星系大陆”的存在，发现它对周围的数百万其他星系都有稳定的吸引力。美国哈佛-施密松天体物理中心的一个科学小组（cfA）的科学家们在做红移巡天观测中发现，宇宙中有泡沫样的结构，即宇宙中有些天区几乎空无一物，被称之为“宇宙空洞”。1989年，这个cfA科学小组巡天观测了几千个星系，发现在距地球3亿光年的地方有一个长约5亿光年，高约2亿光年，厚1500万光年的超星系团“巨壁”。这是目前已知的宇宙种存在的最大的天体星系链，它们像“珍珠项链”，交叉在浩瀚的宇宙之中，宛如中国巍巍壮观的长城，所以天文学家把它叫做“宇宙链”或“宇宙长城”。这就以发现说明了宇宙天体的表观尺度并不是星系或星系团，而可能是更大的东西。它们的结构巨大而古老，对现在的宇宙大爆炸模型提出了挑战。为此，物理学家们开始考虑修改宇宙的有关理论，引入了“宇宙弦模型”。
　　三、宇宙弦的奇特性质
　　由上面的机制所形成的宇宙弦，可以说是一个极高密度的能量线，它非常细，直径仅为10-2厘米（相当于氢原子核半径的10倍），它又是异常地重，密度为每立方厘米10吨。宇宙弦形成之后，会发生一系列的“重联”（每条弦的两端相互连接起来，或是与其它弦的两端相联）而演变成大小不同的环状弦或横贯宇宙的长弦。由于这种弦的密度极大，因此引力极强。一段具有两个端点的有限（短）弦，会很快地收缩形成一个点而消失。因此，存在于宇宙中的弦只有两种：一是横贯宇宙无限长的直弦，另一种是各种大小的环形弦。

　　根据计算，大约有20％的宇宙弦是圆圈形的，其它的弦横越整个宇宙。无限长的宇宙弦并不是直的，而是弯弯曲曲的。全部弦的集合构成了布满空间的网。虽然弦的质量很大，但是弯弯曲曲的弦却是极度绷紧的，其张力更大，使它们以接近光速的速度振动，并时而互相碰撞。

　　在由环形弦和无限长弦构成的宇宙弦网中，只有环形弦才能吸引周围的物质形成各种天体结构，而无限长的弦却不吸引物质。整个宇宙弦网是按照“自我复制”的方式演化的。这就是说，宇宙在发展过程中，整个结构并不发生变化，只是在宇宙的膨胀中被放大。如果在两个不同时候给宇宙弦照像，然后再把前一张照片按某种比率放大，两张照片将是非常相象的。

　　现在宇宙真的是由这些极微细网状结构形成的吗，有什么证据吗？

　　直接观察宇宙弦恐怕是极端困难的，因为环形弦在产生星系的过程中已经由于引力的辐射而衰变了，长形的弦是否较多地存在于宇宙中还不得而知，况且这种极微细的结构又不发出可见光和任何电磁辐射。这一切都使得对宇宙弦的观测充满了困难。产生宇宙弦的高难条件，也使得人们几乎不可能在实验室中将它模拟制造出来。但即便这样，还是可以通过其它的方法来发现是否真的存在宇宙弦这种神奇的结构。

　　四、对宇宙结构的理论解释
　　不论宇宙弦是否存在，用它对宇宙结构进行阐述却很圆满。包括物理学家、天文学家极为头痛的新发现的各种复杂的天体结构，似乎都可以一下子解释清楚。恐怕这也是物理学家对宇宙弦报以极高热情的原因之一。

　　宇宙弦诞生于大爆炸时刻的高温相变。在宇宙大爆炸初期，由于压力太大，物质还不能有所聚集。大爆炸后的第一万年，宇宙还是由宇宙弦网以及均匀分布的辐射和物质构成其格局，环形弦还不足以把物质吸引到它周围。但是，在一万年后，压力急剧下降，物质也开始聚集，此时宇宙弦的能量比刚形成时少了，这是由于辐射引力波而失去一些能量，但是弦的密度比其它物质下降要慢得多。

　　宇宙弦圈吸集物质的质量与它本身的质量成正比，因此较小的弦圈吸集相对较少的物质；较大的弦圈不仅吸集更多的物质，而且将较小的弦圈也吸集到它周围。这样，较小的弦圈形成星系，较大的弦圈就形成星系团，甚至更大尺度的集团结构。

　　这样以宇宙弦为基础的宇宙模型，就能预言星系和星系团的数量和结构。宇宙弦是在大爆炸的高温相变的一瞬间形成的，宇宙弦网的布局结构应该在宇宙天体的各种结构中得到反映。用它也就很容易地解释了空洞、星系链和片状结构等，而这些都是大爆炸宇宙模型难于解释的问题。

　　五、探测宇宙弦
　　宇宙弦是以引力辐射的形式失去大部分能量的，因而它产生的引力波应该能被观察到。可是至今这种引力波的效应确实没有被测到过（尽管天文学家相信这是由于目前的观察技术不足）。另外，宇宙弦应该能引起2.7K宇宙背景辐射的微小突变，这种突变目前也未被观测到。

　　但是也有宇宙弦存在的证据。由于宇宙弦能使光线发生偏转、因此在宇宙弦后面的类星体会呈现双影像。如果光线偏转是由点状引力源引起的，那么造成的“多像”会是奇数；如果是由宇宙弦引起的，那么就会观察到双像。1987年，两个美国天文学家已经观察到了4个成双像的类星体，这也许是人类第一次观测到了宇宙弦。

　　最近，澳大利亚天文学家声称得到了宇宙弦存在的明确证据。他们观测到一种质量巨大的引力体，使银河系及其邻近的星系以每秒1000公里的速度向其集中。研究证明，这种巨大引力体的形状不是球形的，而是长达240万光年的长圆柱体。他们推断说，这种引力体是一个巨大的宇宙弦环。

　　要最终解开宇宙弦这个谜，恐怕还需要很长时间。

　　磁场强度矢量H是为了磁场的安培环路定理得到形式上简化而引入的辅助物理量。它的物理意义类似于电位移矢量D。从定义的操作方面来看，磁感应强度是完全只是考虑磁场对于电流元的作用，而不考虑这种作用是否受到磁场空间所在的介质的影响，这样磁感应强度就是同时由磁场的产生源与磁场空间所充满的介质来决定的。相反，磁场强度则完全只是反映磁场来源的属性，与磁介质没有关系。实际在前面已经说明，这两个概念在实际运用中各有其方便之处。

　　置于电场中某点的一个试验电荷(体积和电荷量都充分小)不会改变原来的电荷分布，它所受的力与它的电荷量的比值是一个与试验电荷无关而仅取决于电场该点性质的量，这个比值描述了电场该点的性质，称为电场强度。

　　磁感应强度与电场强度的区分
　　电场强度E是描述电场的力的性质的物理量，磁感应强度B是描述磁场的力的性质的物理量，为了加深对磁感应强度B的理解，现把这两个物理量比较如下：
　　电场强度（E）
　　磁感应强度（B）

　　定义的依据
　　（1）电场对电荷q有作用力F
　　（2）对电场中任一点F∝q， F/q＝恒量（由电场决定）
　　（3）对不同点一般恒量的值不同

　　（1）磁场对直线电流IL有作用力F
　　（2）对磁场中任一点F与磁场方向、电流方向有关．只考虑电流方向垂直磁场方向的情况时，F∝IL， F/IL＝恒量（由磁场决定）
　　（3）对不同点一般恒量的值不同

　　定义
　　E＝ F/q
　　B＝ F/IL

　　物理意义
　　E在数值上等于电场对单位电荷作用力的大小
　　B在数值上等于垂直于磁场方向长1 m，电流为1 A的导线所受磁场力的大小

　　单位
　　1 N/C＝1 V/m
　　1 T＝1 N/A·m

　　发热值是物质完全燃烧后，能够发出的热量。发热值与燃烧条件、燃烧产物均无关。
　　燃烧温度是燃烧产物向周围物质传热的能力。燃烧温度与燃烧条件、燃烧产物有密切的关系。

　　如果燃烧产物相同的话，单位体积的燃烧产物含有更多的热量，则必然具有更高的燃烧温度。如：
　　在空气中燃烧，燃烧一氧化碳得到的温度高于燃烧甲烷。而在纯氧气中燃烧，燃烧甲烷的温度高于燃烧一氧化碳。

　　燃烧产物不同的情形将更复杂。

　　人类究竟何时开始懂得用火，至今众说纷纭，据考古表明，人类约在300年前就懂得用火，火的力量给人类留下极为深刻的印象，而火的利用给了人类的生活带来很大的变化，例如火能用来照明，烤熟食物，烤暖身体，驱走猛兽，保护安全等等。化学也是随着火的利用中发展起来。人类对于火的认识，经历了漫长的历史，由神话到传说，发展至燃素说到后来的燃烧理论。
　　人类用火约经历了以下几步:
　　第一，使用天然火。火山爆发、雷电轰击、陨石落地、长期干焊、煤和树木的自燃等等，都可以形成天然火。这种过程反复多次，使人们看到了火的威力和作用，逐步学会了用火，可能是把火种引到洞，内经常放入木柴，形成不易熄灭的火堆供人们使用。
　　第二，钻木取火。通过钻木摩擦生火，再引燃易燃物，取得火种，点燃火堆。
　　第三，用火石、火镰、火绒取火。传说是原始的人们，打猎时用石块投掷猎物，因石块相碰冒出火星，欠而久之，学会用石头互相撞击，打出火星，再引燃植物的绒毛取火。后来，这方法经多方改良，形成了火石、火镰、火绒的系统取火工具。
　　人类由于懂得利用火，因而逐步学会了烧制陶瓷、冶炼金属、制造玻璃等。

　　燃素说
　　人们很早就探索火的本质，欧洲的燃素说曾在十八世纪的时期占着统治地位,并内流传了100多年。
　　在文艺复兴时期意大利科学家达芬奇曾指出：物质燃时，若无新鲜空气补充，燃烧就不能进行，这已十分接近得出“空气助燃”的结论。
　　1630年，法国医生雷伊发现，锡和铅与空气进行燃烧后，都增加了重量。
　　真正提出燃素说的是德国化贝竭尔和医生施塔尔。他们都认为，燃烧是由于燃素的作用，因为可燃物都含有燃素，燃烧时，燃素于，出所以公式应如下：
　　燃烧物－燃素＝灰烬
　　但是，试验发现，大部分物质燃烧后，重量变轻，而金属则不然，它们燃烧以后，重量反而增加，所以燃素说又有如下的公式：
　　金属＋火的微粒（燃素）＝灰
　　这两个公式是互相矛盾的，因此造成了燃素学说的悖论。后来一些理论家们为解决这个悖论，提出了种种说法，其中一种说，燃素有负重量，因此，金属燃烧时，负重量跑了，所以灰的重量增加了。
　　燃素说虽然有些牵强，但能说明了当时所知道的大多化学现象，并流行了100年。在这段时间所累积的化学知识，使化学供燃素说从炼金术中解放了出来。燃素说把化学的映像当作原形，使真实的化学关系被颠倒了，造成了许多错误。
　　燃素说还使“素”和“力”的概念变得空洞无物。物质为甚么会燃烧——因为有“燃素”。至于生物为甚么活着呢——因为“生命力”。物质之间为甚么会化合——因为“化学亲合力”。如此等等，看来把问题都回答了，事实上甚么也没有回答。这和神学说“一切都是由上帝安排的”，从本质上没有甚两样，因此实际上还仍是把科学禁锢在神学之中，只不过用臆想出来的东西代替了神的意志。

　　氧气的发现
　　十七世纪以后，人类逐步发现了许多气体，懂得了空气的复杂成分，例如：1755年发现了CO2，知道了以下公式：
　　石灰石－固定空气(CO2)=苛性石灰
　　苏打－固定空气(CO2)=苛性碱
　　还有卡文迪许及后来的勒每里等发现了氢；舍勒发现了氮等等。但是给化学带来革命性变化的是氧的发现。
　　氧的发现应归功于普利斯特列和舍勒。
　　1733年，普利斯特列出生在英国费尔特赫德附近近的农村，收入微薄，生活清苦。小时，被寄养在姑妈萨拉家中。12岁入学读书,1755年以优异作绩毕业于神学院，并在萨尔菲克教当当了神父。1767年着<<电的历史>>，同年被选为伦敦皇家学会会员。
　　1774年，开始研究用聚光镜加热各种化学物质。同年8月1日，普利斯特列用聚光镜加热汞 灰(HgO)。他把汞 灰放在玻璃皿中用聚光镜加热，发现放出气体。起初他为这气体是一般的空气，后来好奇心驱使他对这种气体进行认真的研究。
　　普斯特列在经研究发现，蜡烛在他制得的气体中燃烧，火焰非常明亮。后来，他又把老鼠放在这种气体中，发现，一开始老鼠并无异常，但过了一会，这些老鼠都很活跃。他自己试着吸入这种气体，觉得这种气体使身心特别舒畅。
　　普利斯特列在解释他所发现的气体时，却犯了错误。因为他是一个燃素说的信奉者，所以认为他所获得的空气是所谓“脱燃素的空气”。是他发现了氧，但他却不承认氧。错误的燃素说，使他从歪曲的、片面的、错误的前提出发，循着一条错误的理论道路前进，使得在真理碰到鼻子尖的时候，还没得到真理。他的蜡烛试验，本应而易举地得氧气助燃的结论，但他却没有做到这一点，而是设法用新的试验成果．为旧理论做注释，错过了现真理的机会。
　　同时发现氧的另一位科学家是瑞典的舍勒。舍勒早年是一个药店的学徒，1773 年以前他利用业余的时间做了许多实验，较系统地研究过燃烧现象，1775年着成<<论火与空气>>，但一直到1777年才出版。他制取氧的方法主要有两种:其一是加热某些含氧的化合物，如硝酸钾、氯化汞、碳酸银等；其二是用黑锰矿(MnO2)与硫酸反应制取。
　　舍勒发现了氧气，但对他自己发现的解释犯了和普利斯特列同样的错误，因为他也相信燃素说。他认为是空气中火气成分与燃物中燃素结合的过程，火是火气与燃素结合的化合物。他一味地去给错误的燃素说做批注，从来也不想自己的发现中，引出合乎实际的结论。
　　真正对燃过程进行理论研究的是法国化学拉瓦锡，他的学说给化学带来了一次革命。

　　拉瓦锡的燃烧理论
　　拉瓦锡于1743年8月26日出生在法国巴黎，18岁以优异成绩毕业于马特兰学校。1761年入蓬尔索纳学院读法律，1763年毕业，他虽然学的法律，但对法律不感兴趣，工作时每天在法律事务所打盹，回家以后却自己做化学实验。在拉瓦锡23岁时，撰写了，一篇解决城巿照明问题的论文，受到科学院奖励。
　　1766年，拉瓦锡放弃了律师工作，专心研究化学，初期是研究石膏的性质，并撰写了两篇论文，1768年被选为科学院助教。
　　1771年,拉瓦锡经多次实验证明:物质反应前后的总重量不变,这是著名的质量守恒定律。他的主要贡献是证明了空气共不是单一的简单物质,而是由多种气体的混合物。
　　拉瓦锡实验证明，空气主要是由维持燃烧和不能维持燃烧的两部分组成，他把可维持燃烧的部分称为“活的部分”，他叫“好气”，后来改称为氧气。
　　拉瓦对空气成分的研究与普利斯特、舍勒都不同。特点是使用天平和密封，严格定量研究。经研究，木炭、铝、汞以及其它金属，在密封的玻璃容器中燃烧以后，不论其灰烬的质量是增加或减少，但总质量保持不变。由此他认为：燃烧只是物质进行化学反应的现象，根本不存在“燃素”，所谓“燃素”只是因为人们对燃烧现象不暸解而臆造出来的东西。
　　在研究燃烧过程中，拉瓦锡还研究了空气中二氧化碳、氮等其它成分，指出：敝口的实验设备，不能隔绝空气的干扰，必须封闭起来，才能严格定量说明问题。
　　拉瓦锡经对氧化过程详细研究，提出了氧化燃烧理论，推翻了统治人们头脑100多年的燃素说，给化学带来了一场革命。但是，他的理论起初得不到承认，还有人指责他剽窃盗了普利斯特列的研究成果。1785年，拉瓦锡的燃烧理论得到了著名科学家拉普拉斯的支持，终于得到了承认。